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文献分享——流程开发中的扩大和缩小


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细胞培养过程的建立始于细胞系的发育。在此期间,用所需基因转染CHO细胞以形成稳定的转染细胞库。从稳定的细胞池中分离出单个细胞,根据生长和生产力特征以及产品质量属性从中选择生产克隆。传统上,这些克隆筛选步骤在简单的小规模培养系统中即可进行,例如摇瓶、静态瓶、微量滴定板或深孔板,体积通常低于20 mL。


随着装备齐全的微型生物反应器越来越容易获得,在上游开发的许多步骤中,平板和烧瓶正在被迅速取代。一旦选择了合适的候选生产克隆,工艺开发便开始从实验室到工业规模生产逐步进行(图1)。图片1.jpg

图1.细胞培养过程开发和放大

图片来源于文献[1]


工艺放大是一个至关重要的步骤,因为在生产规模上可能会遇到许多问题,包括培养环境的异质性、溶解CO2的积累以及与通气和混合条件相关的过度剪切应力。理想情况下,在转化为商业规模生产之前,这些问题中的大多数应在中试规模阶段得到处理和解决。[1]在整个培养过程中,放大和缩小模型用于故障排除以及过程理解和优化。


扩大规模时应先保持小规模的工艺性能。大规模细胞培养过程由许多单元操作组成,包括种子培养、接种培养和生产运行,每个步骤都有其关键的工艺性能指标,如细胞生长、活力和滴度,以及适当的产品质量属性。工艺放大的成功通常由这些符合预定义标准的关键工艺指标和产品质量属性来衡量。[1]、[2]

 

在生物反应器放大过程中,搅拌和曝气是需要适当放大的两个重要条件,以实现不同规模的工艺性能比较。调整搅拌以提供充分的混合和氧的质量传递,并且通常使用相同的比能量耗散率进行缩放,而调整曝气以适当供应氧气和去除多余的CO2。CO2的去除取决于许多因素,包括碳酸氢盐浓度、曝气和搅拌速率、气泡大小以及叶轮的类型和位置。在小型生物反应器中,操作参数的可操作范围通常很宽,因为即使在相对较低的搅拌速度下,混合通常也不是问题。而且由于较大的表面体积比,溶解的CO2去除也很有效。[2]在大型生物反应器中,这些参数需要仔细选择。因为,与搅拌相关的剪切力,例如叶轮尖端速度和与曝气相关的CO2积累,可能会随着规模的增加而增加。


除了大规模生物反应器的操作挑战,细胞培养工艺规模化的其他常见陷阱包括原料批次到批次的变化,培养基制备的一致性,培养基保持稳定性,以及在漫长的生产过程中细胞系的稳定性等。这些挑战通常可以使用缩小模型来识别。一个合格的细胞培养缩小模型能够在小范围内重现大规模工艺性能,为评估和解决大规模系统的任何意外性能问题提供关键信息。除生产支持外,该模型还可用于工艺表征和验证实验,以研究工艺操作参数的可接受范围,并确定关键操作参数。

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图2.CytoLinX® BR 一次性罐体式生物反应器操作演示图


百林科生产的CytoLinX® BR 一次性罐体式生物反应器型号囊括10L到2000L体积,可满足生物制药工艺需求,并提供灵活定制服务。定制预先设计完成好的罐体形状,更好的适用于工艺放大。基于放大经验积累模拟,百林科生产CytoLinX® GB台式玻璃生物反应器(1L到20L)能够满足小规模实验室体积细胞培养,实验室规模从传统的摇瓶或wave培养替换为玻璃罐培养,通过不同体积玻璃罐的放大培养积累工艺放大经验,找寻更好的放大工艺参数。



百林科CytoLinX® GB台式玻璃生物反应器

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图3.CytoLinX® GB台式玻璃生物反应器


产品特点:

  • 可配置性强:灵活性强,适配度高,更多选择让工艺开发和表征更加灵活(并可根据需求提供/支持工艺放大的各种玻璃罐体积)。

  • 应用领域广:可根据客户的特殊工艺要求制作,同样适用于ADC和mRNA领域。

  • 耐用性强:罐体采用高硼硅玻璃,保证耐高温,耐腐蚀性好,易清洁。

  • 稳定性高:设备控制稳定,温度,DO,pH联动控制效果好。

  • 选择性多:根据不同工艺大泡,微泡均可选择,满足多种工艺要求。



百林科CytoLinX® BR一次性罐体式生物反应器

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图4.百林科CytoLinX® BR一次性罐体式生物反应器


产品特点:

  • 罐体形状结构良好,功能齐全,单个控制柜可通过插拔控制多台反应罐,实现成本的大幅度降低(根据工艺需求可提供不同大小反应罐体积,支持工艺放大)。

  • 采用稳定的PCS7系统,符合ISA 88控制系统,可实现全厂控制。

  • 软件设计符合21 CFR Part 11,界面用户友好。

  • 配置灵活,可根据用户需求进行部分定制。

  • 设备配件均采用进口高端品牌,并经过出厂检测保证正常使用。

  • 配套使用一次性生物反应袋底通大泡、中泡、微泡可选,满足多种工艺需求。



参考文献

【1】Lucas Lemire, Phuong Lan Pham, Yves Durocher, and Olivier Henry 《Practical Considerations for the Scale-Up of Chinese Hamster Ovary (CHO) Cell Cultures》under exclusive license to Springer Nature Switzerland AG 2021 R. Pörtner (ed.), Cell Culture Engineering and Technology, Cell Engineering 10, https://doi.org/10.1007/978-3-030-79871-01_2

【2】Feng Li,1 Natarajan Vijayasankaran,Amy(Yijuan) Shen, Robert Kiss, and Ashraf  Amanullah , Cell culture processes for monoclonal antibody production,2010 Sep-Oct; 2(5): 466–477.doi: 10.4161/mabs.2.5.12720  MAbs.


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